package com.xiayuanxing.arithmetic.Algorithm.kruskal;

import java.util.Arrays;

/**
 * @projectName: arithmetic
 * @className: KruskalCase
 * @author: xiayuanxing
 * @description: 克努斯卡尔算法解决公交站问题
 * @date: 2021/11/30 14:52
 * @version: 1.0
 */
public class KruskalCase {

    //边的个数
    private int edgeNum;

    //顶点数组
    private char[] vertexs;

    //邻接矩阵
    private int[][] matrix;

    //使用INF表示两个顶点不能连通
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;

    public static void main(String[] args) {

        char[] vertexs = {'A','B','C','D','E','F','G'};
        int matrix[][] ={
                {0,12,INF,INF,INF,16,14},
                {12,0,10,INF,INF,7,INF},
                {INF,10,0,3,5,6,INF},
                {INF,INF,3,0,4,INF,INF},
                {INF,INF,5,4,0,2,8},
                {16,7,6,INF,2,0,9},
                {14,INF,INF,INF,8,9,0}
        };

        //创建克鲁斯卡尔对象实例
        KruskalCase kruskalCase = new KruskalCase(vertexs, matrix);
        kruskalCase.print();

        //未排序
        System.out.println("排序前="+ Arrays.toString(kruskalCase.getEdges()));

        //排序后
        EData[] edges = kruskalCase.getEdges();
        kruskalCase.sortEdges(edges);
        System.out.println("排序后="+Arrays.toString(edges));


        kruskalCase.kruskal();

    }


    //构造器
    public KruskalCase(char[] vertexs,int[][] matrix){
        //初始化顶点数和边的个数
        int vlen = vertexs.length;

        //初始化顶点 复制拷贝的方式
        this.vertexs = new char[vlen];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }

        //初始化边 复制拷贝的方式
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = 0; j < vlen; j++) {
                this.matrix[i][j] = matrix[i][j];
            }
        }

        //统计边的条数
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = i+1; j < vlen; j++) {
                if (this.matrix[i][j] != INF){
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }


    public void kruskal(){
        //表示最后结果数组的索引
        int index = 0;
        //用于保存“已有最小生成树”中的每个顶点在最小生成树中的终点
        int[] ends = new int[edgeNum];
        //创建结果数组，保存最后的最小生成树
        EData[] rets = new EData[edgeNum];

        //获取图中所有边的集合，就上述案例来说一共有12条边
        EData[] edges = getEdges();

        //按照边的权值大小进行排序（从小到大）
        sortEdges(edges);

        //遍历edges数组，将边添加到最小生成树中时，判断是否形成了回路，若没有则加入rets，否则不能加入
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            //获取第i条边的第一个顶点（起点）
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            //获取第i条边的第二个顶点（终点）
            int p2 = getPosition(edges[i].end);

            //获取p1这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int m = getEnd(ends, p1);
            //获取p2这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int n = getEnd(ends, p2);

            //是否构成回路
            if (m != n){
                //不构成回路
                //设置m为已有最小生成树中的终点 <E,F> [0,0,0,0,5,0,0,0,0,0,0,0]
                ends[m] = n;
                rets[index++] = edges[i];
            }
        }

        System.out.println("最小生成树");
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            System.out.println(rets[i]);
        }
    }


    /**
     * @return void
     * @author xiayuanxing
     * @description 打印邻接矩阵
     * @date 2021/11/30 15:46
     */
    public void print(){
        System.out.println("邻接矩阵为：\n");
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = 0; j < vertexs.length; j++) {
                System.out.printf("%12d\t",matrix[i][j]);
            }
            System.out.println();
            System.out.println();
        }
    }

    //对边进行排序处理 冒泡排序
    private void sortEdges(EData[] edges){
        for (int i = 0; i < edges.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length -1 - i; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j+1].weight){
                    //交换
                    EData temp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j+1];
                    edges[j+1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * @param ch: 顶点
     * @return int 下标
     * @author xiayuanxing
     * @description 获取顶点对应给下标
     * @date 2021/11/30 16:36
     */
    private int getPosition(char ch){
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }


    /**
     * @return EData
     * @author xiayuanxing
     * @description 获取图中边，放到EData[]数组中
     * 通过matrix邻接矩阵来获取
     * EData[] 形式[['A','B',12],['B','F',7],......]
     * @date 2021/11/30 17:07
     */
    private EData[] getEdges(){
        int index = 0;
        EData[] edges = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i+1; j <vertexs.length ; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF){
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i],vertexs[j],matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return edges;
    }


    /**
     * @param ends: 数组就是记录了各个顶点对应的终点是哪个，该数组是在逐步遍历中形成的
     * @param i: 表示传入顶点对应的下标
     * @return int 返回的就是下标为i的这个顶点对应的终点的下标
     * @author xiayuanxing
     * @description TODO
     * @date 2021/12/1 15:00
     * 功能 : 获取下标为i的顶点的终点，用于后面判断两个顶点的终点是否想同
     */
    private int getEnd(int[] ends,int i){
        while (ends[i] != 0){
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }



}


/**
 * @author xiayuanxing
 * @description 一个对象实例表示一个边
 * @date 2021/11/30 16:23
 */
class EData{
    char start;//边的一个点
    char end;//边的另一个点
    int weight;//边的权值

    //构造器
    public EData(char start,char end,int weight){
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    //重写toString,便于输出边的信息
    @Override
    public String toString() {
        return "EData{" +
                "start=" + start +
                ", end=" + end +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }
}
